Zoekresultaten voor 3d printen

Zo zien ESA-denkers een 3D-geprinte maanbasis voor zich van bewerkt regoliet. Bron: ESA

Hoe 3D printen we een maanbasis?

Na veertig jaar afwezigheid lokt onze metgezel weer. Deze keer zijn er vergevorderde plannen voor een maanbasis. Ook ruimtevaartorganisatie ESA laat zich niet onbetuigd. Zal 3D printen onze langgekoesterde droom van menselijke bewoning op een ander hemellichaam eindelijk in vervulling laten gaan?

Een basis op de maan bouwen lijkt op het eerste gezicht een krankzinnig plan. Voor beton heb je bijvoorbeeld water nodig, een verbinding die uitermate schaars is op de maan, om maar te zwijgen over kalksteen, dat afkomstig is van versteende overblijfselen van waterorganismen. Een bouwploeg is wekenlang aan het bouwen en moet voorzien worden van water en voedsel. Schijn bedriegt echter, door een technische doorbraak die ongeveer een decennium geleden bereikt is.

Zo zien ESA-denkers een 3D-geprinte maanbasis voor zich  van bewerkt regoliet. Bron: ESA
Zo zien ESA-denkers een 3D-geprinte maanbasis voor zich van bewerkt regoliet. Bron: ESA

Naar blijkt, kan het overvloedig aanwezige maanregoliet of maanstof, een poederlaag die enkele meters dik is, met een magnetron in maanbeton, lunarcrete veranderd worden [1]. Hierbij kitten de losse deeltjes aan elkaar en vormen een massief materiaal. Ongeveer wat er in een SLS 3D printer gebeurt.
ESA gebruikt een meer traditioneel systeem. Een industrieel consortium onder leiding van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA, met als bekendste deelnemer de visionaire 3D-huizenontwikkelaar Enrico Dini, is er in geslaagd een 3D printer te ontwikkelen die maanstof kan verwerken tot min of meer bewoonbare onderkomens. Wel werkt deze printer met enkele materialen die niet voor het grijpen liggen op de maan, zoals magnesiumoxide en een niet nader gespecificeerde zoutoplossing, waarin vermoedelijk het schaarse water het oplosmiddel is. ESA denkt het waterprobleempje op te lossen door de maanbasis in de Shackleton krater op de zuidpool van de maan te bouwen. Daar moeten zich in het eeuwige duister van de Shackleton kraterbodem kleine voorraden waterijs bevinden. Een andere aantrekkelijke kant van de Shackletonkrater is dat zich hier een “piek met eeuwig licht” bevindt. Geen overbodige luxe op de maan, waar rond de twee weken duisternis, twee weken zon afwisselen en zo enorme hoeveelheden batterijen zou vereisen. Het door ESA voorgestelde stulpje zou in ongeveer een week gebouwd kunnen worden.

Een elegantere methode is uiteraard om structuren zonder water te maken, door alleen met bundels zonlicht regoliet te smelten. De Duitse kunstenaar Markus Kayser deed precies dat, alleen dan met Saharazand. Volgens ESA zal hun volgende project inderdaad gebruik maken van een bundel geconcentreerd zonlicht[3]. Dit zou inderdaad de hoeveelheid materiaal die van Aarde meegesleept moet worden, drastisch verminderen. De langgekoesterde droom om alleen met maanmateriaal te werken, komt zo binnen bereik.

Bronnen
1. L.A. Lawrence en T.T. Meek, Microwave Sintering of Lunar Soil: Properties, Theory, and Practice, ASCE, 2005
2. Building a lunar base with 3D printing, ESA, 2013
3. 3D printing a lunar base, ESA, 2014

ESA wil maanbasis 3D printen

Een interessant project van de European Space Agency – ESA, die 3d printtechnologie wil gebruiken om een maanbasis te printen uit maanstof om zo de maan bewoonbaar te maken.

En hier het originele artikel van ESA.int

Lunar base made with 3D printing

BUILDING A LUNAR BASE WITH 3D PRINTING

Setting up a lunar base could be made much simpler by using a 3D printer to build it from local materials. Industrial partners including renowned architects Foster + Partners have joined with ESA to test the feasibility of 3D printing using lunar soil.

“Terrestrial 3D printing technology has produced entire structures,” said Laurent Pambaguian, heading the project for ESA.

“Our industrial team investigated if it could similarly be employed to build a lunar habitat.”

Foster + Partners devised a weight-bearing ‘catenary’ dome design with a cellular structured wall to shield against micrometeoroids and space radiation, incorporating a pressurised inflatable to shelter astronauts.

A hollow closed-cell structure – reminiscent of bird bones – provides a good combination of strength and weight.

The base’s design was guided in turn by the properties of 3D-printed lunar soil, with a 1.5 tonne building block produced as a demonstration.

Multi-dome_base_being_constructed_medium“3D printing offers a potential means of facilitating lunar settlement with reduced logistics from Earth,” added Scott Hovland of ESA’s human spaceflight team.

“The new possibilities this work opens up can then be considered by international space agencies as part of the current development of a common exploration strategy.”

“As a practice, we are used to designing for extreme climates on Earth and exploiting the environmental benefits of using local, sustainable materials,” remarked Xavier De Kestelier of Foster + Partners Specialist Modelling Group. “Our lunar habitation follows a similar logic.”

The UK’s Monolite supplied the D-Shape printer, with a mobile printing array of nozzles on a 6 m frame to spray a binding solution onto a sand-like building material.

3D ‘printouts’ are built up layer by layer – the company more typically uses its printer to create sculptures and is working on artificial coral reefs to help preserve beaches from energetic sea waves.

“First, we needed to mix the simulated lunar material with magnesium oxide. This turns it into ‘paper’ we can print with,” explained Monolite founder Enrico Dini.

“Then for our structural ‘ink’ we apply a binding salt which converts material to a stone-like solid.

“Our current printer builds at a rate of around 2 m per hour, while our next-generation design should attain 3.5 m per hour, completing an entire building in a week.”

Meer informatie:
-) esa.int/Our_Activities/Technology/Building_a_lunar_base_with_3D_printing
-) Eerdere artikel op visionair over 3D printen

reclamefilmpje voor 3D printen

We volgen hier de ontwikkelingen van 3D printen op de voet. Tot nu toe leek het 3D printen nog erg in een soort pioniers/ ontdekkingsstadia te zijn. Dat er nu toch ook heel duidelijk verdere stappen worden gezet naar de grote massa wordt ondermeer duidelijk door dit strakke reclamefilmpje vol met Hipsters over 3D printen.

 

Het lijkt er met dit soort marketing op dat 3D printen wel eens heel snel de huiskamers van de gewone Nederlander binnen kan komen. Andere interessante websites waar je nu ook al gewoon online 3D geprinte producten kunt bestellen naast Shapeways zijn o.a.: i.materialise.com en freedomofcreation.com. Wat het bestellen van dit soort producten betreft ligt de gehele digitale infrastructuur er eigenlijk al. Hier lijken dus ook maar amper hindernissen te zijn.

Interessant is verder dat veel van deze verkopende websites van iedereen goede 3D modellen accepteren en je betaald krijgt elke keer als een klant bij zo een website jouw model print via hun. Mocht je dus tijd over hebben dan kan het altijd de moeite zijn om jezelf te leren 3D modelleren en zo op termijn wat extra bij te verdienen. Onder andere Google SketchUpTinkercad en 3DTin zijn allemaal gratis programma`s waarmee je jezelf kunt leren 3D modelleren.

Aanverwante artikelen:
-) Eerdere artikelen over 3D Printen op Visionair
-) Youtube over 3d Printing en Additive Manufacturing
-) TED.com over 3d Printing 

Meer 3D printen

Nog een interessante presentatie over 3d printing of additive manufacturing. Voorbeelden van 3d printen van dagelijkse gebruiksproducten, medische toepassingen, kunst, mode, toepassingen in de bouw, de productie van motoren etc. De mogelijkheden lijken werkelijk onbeperkt te zijn. Daarnaast komen er ook interessante vragen aan bod over wat dit soort technologie kan betekenen qua milieu impact, of wat er gaat gebeuren met copyright of tot slot wat gaan we doen met alle fabrieken die dicht kunnen en alle arbeiders die niet langer nodig zijn in deze fabrieken.

 

Voor de mensen die zelf willen leren 3d ontwerpen te maken kan de gratis software van Google SketchUp, Tinkercad en 3DTin wellicht uitkomst bieden. Ook een goede 3d scanner is handig, deze scanner maakt 3d computermodellen van datgene wat je scant. Deze ingescande modellen kun je vervolgens aanpassen en 3d printen. Daarnaast zijn op shapeways.com (met vestiging in Eindhoven NL), i.materialise.com en op freedomofcreation.com 3d geprinte producten te vinden die vandaag de dag voor consumenten al te koop zijn.

Wat voor mogelijkheden en toepassingen kunnen de lezers van visionair hier allemaal nog verzinnen voor 3d scanning en printing?

Aanverwante artikelen:
-) Eerdere artikelen over 3D Printen op Visionair
-) Youtube over 3d Printing en Additive Manufacturing
-) TED.com over 3d Printing 

Video’s: 3D-printers printen werkend vliegtuigje en auto kleiner dan een mensenhaar

In deze twee video’s vinden we twee staaltjes van de mogelijkheden van 3D-printing op het gebied van microtechniek. Gegeven voldoende energie en grondstoffen, kunnen er tegen kosten van vrijwel nul onafzienbare hoeveelheden waaardevolle producten worden gefabriceerd. Produceren wordt nooit meer hetzelfde.

In de eerste video, afkomstig van de universiteit van Wenen, een kleine raceauto kleiner dan een mensenhaar. Helaas werkt deze voorzover bekend niet.

In de tweede video een vliegtuigje dat – geloof het of niet, inclusief bewegende delen – in zijn geheel uit de 3D printer is gerold.
Dit huzarenstukje staat op naam van Jim Scanlan van de Engelse universiteit van Southampton. Alleen de microchips en vermoedelijk ook de motor en accu zijn vermoedelijk niet geprint. De totale fabricage kostte een week: twee ontwerpdagen en vijf printdagen. Het team denkt dat toekomstige ontwerpen, variaties op dit ontwerp, in enkele minuten tot stand kunnen komen.

Bron:
New Scientist

2D wordt 3D met pen

Een pen als 3D-printer. Kijk hoe een 2D-tekening van een bloem op een steen, na de onderdompeling in een oplossing van kalium-persulfaat verandert in een driedimensionale bloem.

3D-pennen bestaan al langer. Ze vormen een soort hand-3D printer, gevoed met een rol 3D-filament dat gebruikt kan worden om vormen in de lucht mee te tekenen.

Deze techniek werkt anders en wel met twee soorten materiaal. De ene soort, de ‘lijm’ (hier: de zwarte inkt), hecht zich zowel aan de ondergrond als aan de tweede soort. De tweede soort, hier rood, bevat een waterafstotend middel en maakt zich daarom los, als de oplossing zich onder de inkt wurmt.

In de oorspronkelijke vorm was de inkt te slap en verloor het voorwerp zijn vorm. De uitvinders verhielpen dit, door ijzer toe te voegen aan de waterafstotende inkt. Deze reageert met de persulfaationen in de oplossing en vormt een hard laagje aan de buitenkant. Dankzij dit laagje behoudt de bloem zijn vorm.

Collega’s elders in de wereld van de Zuid-Koreaanse uitvinders Sumin Lee en Seo Woo Song noemen de ontdekking een doorbraak. Het wordt nu mogelijk om 3D-voorwerpen per briefpost te versturen. De ontvanger kan deze in een ontwikkel-oplossing leggen en het 3D-voorwerp laten drogen. Ook voor de fabricage van elektronica zien ze veel toepassingen. Als het tenminste lukt om elektronische schakelingen mee te printen.

En voor creatieve kunstenaars natuurlijk.

Dit is nog maar een eenvoudig voorbeeld. In de bron staan veel complexere ontwerpen. Zoals vlinders die met hun vleugels kunnen klappen onder invloed van een magnetisch veld.

Bron

Sumin Lee en Seo Woo Song, Direct 2D-to-3D transformation of pen drawings, Science Advances, 2021

Video: extreem snelle 3D printer

In dit filmpje, 7x versneld, zie je een voorwerp op haast magische wijze opduiken uit een bad met UV-gevoelige hars. Anders dan de bekende 3D-printers die werken met gesmolten plastic of lasersinteren, werkt dit type 3D printer door het bundelen van laserlicht op de punten in het harsbad waar het voorwerp moet ontstaan.

Harsprinters bestaan al langer, maar deze printer is in staat in drie dimensies tegelijk te printen. Bij deze nieuwe techniek, ontwikkeld door startup Carbon3D, wordt gebruik gemaakt van de combinatie van UV-licht en het manipuleren van het zuurstofgehalte. Een vervelende eigenschap van 3D printen is dat de snelheid zo laag ligt. Deze techniek, die voorwerpen in vijf minuten print, zou een doorbraak betekenen voor ongeduldige mensen, de meesten. Wel zijn alleen sommige harsen als materiaal bruikbaar.

resin

Voxel8: de eerste commerciële elektronicaprinter.

Eerste 3D printer ooit die elektronica print, ontwikkeld

3D printers nu zijn erg nuttig om voorwerpen in allerlei vormen en maten te maken, bijvoorbeeld een werkende opwindklok, maar afgezien daarvan, kan je er nog weinig mee. Electronica, bijvoorbeeld, ligt off limits. Daar lijkt nu verandering in te zijn gekomen.

In samenwerking met printgigant Autodesk heeft Voxel8 nu een printer ontwikkeld, die in staat is met elektrisch geleidend plastic te werken. Een tweede zeer waardevolle toevoeging is de mogelijkheid, de print gedurende het printproces stil te leggen, waardoor de gebruiker elektronische onderdelen, denk aan motortjes, printplaten of condensatoren, er in kan leggen. Na afronding van het printproces ontstaan zo apparaten, die zonder 3D printen niet gemaakt hadden kunnen worden.

Voxel8: de eerste commerciële elektronicaprinter.
Voxel8: de eerste commerciële elektronicaprinter.

Voor consumenten die weinig van elektronica afweten, vrijwel iedereen dus, of voor onbemande toepassingen in bijvoorbeeld ruimtevaartuigen, zou in een wat verdere toekomst ook een robotarmpje en magazijnen met standaard weerstandjes, condensatoren en andere elektroniche onderdelen toegevoegd kunnen worden. Dit zou echt ongekende mogelijkheden opleveren. Je zou dan wetenschappelijke meetinstrumenten ter plekke op een planeet of asteroïde uit kunnen printen. Een fiasco zoals op komeet 67/P met de Rosetta-missie zou tot het verleden behoren. Ook zou je zo zelfreplicerende mijnbouwfabrieken kunnen printen.

Continuum Fashion (bron) ontwierp deze 3D geprinte schoenen.

‘3D-printer kan huishouden duizenden euro’s besparen’

Met een consumenten-3D-printer, waarmee kleine plastic voorwerpen kunnen worden geprint, kunnen consumenten voor duizenden euro’s aan inkopen besparen. Aldus enkele onderzoekers, die heel representatief op Google Store nazochten wat huishoudartikelen op 3D-ontwerpensite Thingiverse eigenlijk bij de commerciëlen kosten. Hoe zal straks de economische voedselketen er uit zien?

Zijn 3D printers de investering waard?
3D-printers vragen het nodige: naast de (pittige) aanschafprijs van minimaal rond de duizend euro tot prijzige ABS- of PLA- (polymelkzuur; biologisch afbreekbaar) invoerstrips, reken rond de 20 euro tot 50 dollar per kilo en natuurlijk de kosten voor de elektriciteit, die op een verbruik van enkele honderden watt gedurende het printen (al gauw enkele kWh per print) komen. Daar staat tegenover dat 3D-printen een urenlange zoektocht over internet of nog erger: bij de gespecialiseerde vakhandel, overbodig maakt. Een andere prettige bijkomstigheid is dat de eigenschappen van het voorwerp door de consument achter zijn computergerei bijgeschaafd kunnen worden. Erger je je kapot aan die smakeloze Disneycartoon op je afwasborstel en vind je jezelf het hoogtepunt van de schepping? Dan print je er toch het hoofd van jezelf op. Of dat van iemand anders, of je overleden hondje. Op je wc-borstel kan je dan weer de tronie van Hitler of een andere favoriete bad guy printen.

Continuum Fashion (bron) ontwierp deze 3D geprinte schoenen.
Continuum Fashion (bron) ontwierp deze 3D geprinte schoen.

Om eerlijk te zijn vraag ik me dus af of deze onderzoekers wel gelijk hebben. Waarschijnlijk is de verleiding gewoon te groot om compleet nutteloze, bizarre dingen te ontwerpen. Waarschijnlijk zal er een grote markt zijn voor een apparaatje dat gebruikt plastic weer om kan zetten in strips. Toch lijkt de 3D-printer een blijvertje, omdat het een enabling technologie is. Het apparaat vervangt in zekere zin een complete fabriek. Ook maakt het dingen mogelijk die hiervoor onmogelijk werden geacht, zoals het fabriceren van biologisch gestructureerde ingewikkelde donororganen met de cellen van de patiënt.

Verdienmodellen
Een andere interessante vraag is wie het meeste zal profiteren van de 3D printmarkt. Bij 2D printers waren dit de leveranciers van printerinkt; bij pc’s wordt de meeste winst gemaakt door de leverancier van het operating system en gebruikssoftware. Waarschijnlijk zal dit bij 3D printers het printmateriaal zijn. Op dit moment lijkt zich een standaard te ontwikkelen rond het gebruik van de plastics ABS en PLA.

ABS en PLA
Er is geen fabrikant die het monopolie bezit van ABS.  In overige toepassingen wordt ABS steeds meer vervangen door de veel minder giftige plasticsoorten polystyreen en polypropeen[2]; gezien de giftige gassen die vrijkomen bij het verwerken van ABS lijkt dit ook met 3D printers te gaan gebeuren.
Het biologisch afbreekbare polymelkzuur (PLA) lijkt betere ogen te gooien. Nadeel van PLA is de hogere prijs per kilogram en dat PLA door slechts twee grote fabrikanten wordt gefabriceerd (waaronder een DSM-dochter). Ook is ABS flexibeler en taaier dan PLA. Belangrijkste nadeel van PLA is de lage glas-transitietemperatuur, m.a.w. de  temperatuur waarbij het zacht wordt, rond de 50 graden. Giet dus geen hete koffie in je PLA-kopje. Er bestaan echter PLA-types (zoals een 50:50 mengsel van linksdraaiende en rechtsdraaiende varianten PLLA en PDLA) die pas rond de 110 graden of meer zacht worden. Insiders verwachten daarom dat PLA steeds meer gebruikt zal worden. [3] 3D printing is volop in ontwikkeling; de kans is dus terdege aanwezig dat er beter geschikte materialen worden ontwikkeld dan deze twee.

Bronnen
1. B.T. Wittbrodt, A.G. Glover, J. Laureto, G.C. Anzalone, D. Oppliger, J.L. Irwin, J.M. Pearce (2013), Life-cycle economic analysis ofdistributed manufacturing with open-source 3-D printers,  Mechatronics (2013)
2. Acrylonitrile Butadiene Styrene Market (ABS) Will Reach USD 26.1 Billion in 2018: Transparency Market Research (2013)
3. What material should I use for 3D printing? – 3D printing for beginners (??)

TED: 3D geprinte jumbojet

Een kort TED filmpje van minder dan 6 minuten waarin Bastian Schaefer de toekomst van vliegtuigen bouwen bekijkt door de technologie van het 3D printen.

Designer Bastian Schaefer shows off a speculative design for the future of jet planes, with a skeleton inspired by strong, flexible, natural forms and by the needs of the world’s, ahem, growing population. Imagine an airplane that’s full of light and space — and built up from generative parts in a 3D printer.

Bastian Schaefer and a team of designers at Airbus have been imagining the high-concept future of the jet airlplane — in a future with less fuel and more passengers.

Hoeveel jaar zal het duren voordat de eerste 3D geprinte auto`s rondrijden en vliegtuigen rondvliegen?

Aanverwante artikelen en informatie:
-) Eerder artikelen over 3D printen op visionair